Сильноточным электронным

Далее основное внимание при рассмотрении проблем повышения качества материалов, структур и технологических процессов МДП-БИС будет отведено физическим процессам и явлениям, протекающим в сильных электрических полях, в том числе и при инжекции носителей, а также будут систематизированы основные данные о сильнополевой туннельной инжекции в МДП-структурах, о процессах зарядовой нестабильности, о дефектности и механизмах накопления зарядов в диэлектрических слоях МДП-структур, применительно к инжекционным методам модификации, исследования и контроля, что позволило бы более объективно показать их возможности, особенности применения и интерпретации получаемых результатов.

При осуществлении сильнополевой туннельной инжекции происходит заполнение электронных и дырочных ловушек, локализованных в диэлектрической пленке. По изменению напряжения на МДП-структуре в процессе инжекции или прерывая процесс инжекции, используя методы вольт-фарадных характеристик или ВАХ-фотоинжекции, определяют заряд диэлектрика и получают зависимость заряда, захваченного на ловушки в диэлектрической пленке Qox, от величины заряда, инжектиро-

Одним из наилучших способов фиксирования напряжения пробоя, с точки зрения неразрушаемости, является определение напряжения пробоя при достижении током, идущим через структуру, определенной величины, также имеется возможность точно определять энергетическую нагрузку структуры. Измерение напряжения пробоя при этом производится для МДП-структур, содержащих грубые дефекты, оказывающие существенное влияние на ВАХ, на стадии развития пробоя, а для МДП-структур, не содержащих грубых дефектов, на участке ВАХ, соответствующем сильнополевой туннельной инжекции. Кроме того, данный способ позволяет менять уровень воздействия на структуру и может использоваться для создания определенных токовых перегрузок. Напряжение, измеренное таким способом, не является, строго говоря, напряжением пробоя структуры, поэтому оно в дальнейшем будет называться напряжением микропробоя. Этот термин применяется в отраслевых стандартах, русскоязычной патентной и научно-технической литературе. В англоязычной научно-технической литературе данный параметр называется «leakage voltage», что в переводе означает «напряжение, соответствующее заданному току утечки». При реализации других способов фиксирования напряжения пробоя энергия, выделяющаяся в тонкопленочном диэлектрике, определяется в основном свойствами исследуемых структур и в меньшей степени зависит от параметров измерительного устройства, что затрудняет обеспечение режимов неразрушающего контроля напряжения пробоя.

токовой нагрузки, основанный на анализе временной зависимости напряжения на МДП-структуре при подаче на нее токовой нагрузки [39]. Данный метод основан на распространении возможностей метода контроля дефектности диэлектрических слоев по измерениям напряжения микропробоя на участок сильнополевой туннельной инжекции ВАХ, реализации измерения напряжения микропробоя в рамках метода инжекции заряда в диэлектрик импульсом постоянного тока и расширения информативности данного метода в области низких и высоких полей.

При применении метода сильнополевой туннельной инжекции в режиме постоянного тока подзатворный диэлектрик характеризуется совмещенными гистограммами распределения структур по напряжению микропробоя Кмп и по заряду, инжектированному в диэлектрик QJ? (рис. 2.9).

Из проведенного анализа сильнополевой туннельной инжекции в МДП-структурах следует, что из ВАХ и временных зависимостей напряжения на структурах могут быть определены: высота потенциального барьера на инжектирующей границе раздела; толщина диэлектрика; положение центроида заряда диэлектрика; плотность захваченного заряда; сечения захвата электронных или дырочных ловушек. Важной отличительной чертой сильнополевой туннельной инжекции заряда в диэлектрик является то, что она позволяет оценивать как изолирующие характеристики диэлектрических слоев, так и зарядовые. Это дает возможность при использовании сильнополевой туннельной инжекции в исследованиях и контроле инжекционностоиких диэлектрических пленок в МДП-системах осуществить единый подход к изучению дефектности изоляции и дефектности зарядовой стабильности.

Главным механизмом, определяющим зарядовую деградацию пленки SiO2 при сильнополевой туннельной инжекции, является накопление в ней положительного заряда. Изучению данного заряда посвящено большое количество работ, поскольку он не только приводит к зарядовой нестабильности диэлектрика, но и, по всей видимости, является ответственным за пробой диэлектрической пленки. Однако до настоящего времени механизм генерации положительного заряда не нашел своего окончательного объяснения. Это связано, с одной стороны, с отсутствием надежных и исчерпывающих экспериментальных данных, что выражается в противоречиях между публикуемыми результатами. Считается, что положительный заряд локализован у границы раздела, в то время как другие авторы предполагают, что положительный заряд накапливается в объеме SiO2. С другой стороны, факторами, усложняющими анализ экспериментальных данных, являются захват электронов на ловушки, протекающий одновременно с генерацией положительного заряда, и увеличение плотности поверхностных состояний. В результате, параметры и характеристики положительных зарядов, наблюдавшихся в различ-

Важную роль как в процессе роста термической двуокиси кремния, так и в процессе зарядовой деградации МДП-систем в условиях сильнополевой туннельной инжекции играет водород. В процессе формирования оксида водород устраняет дефектные состояния в объеме SiO2 и на границах раздела, насыщая оборванные связи кремния или кислорода. Инжектированные и разогретые в двуокиси кремния электроны могут вызывать перераспределение водорода, вследствие выбивания его со связей и миграции к границе диэлектрик—полупроводник. При этом могут образовываться дефекты в объеме SiO2 и на границе Si—SiO2. Г. Гэдияном предложена теоретическая модель для описания поведения водорода при инжекции электронов из контактов в тонких пленках SiO2 в сильных полях, учитывающая создание ловушек за счет выбивания горячими электронами водорода с оборванных связей SiO и Si и захват на них электронов и дырок. Показано, что при напряженности электрического поля 4 МВ/см интенсивный рост плотности захваченного заряда в диэлектрике наблюдался при инжекции заряда > 5 • 10~3 Кл/см2.

в условиях сильнополевой туннельной инжекции

Важным вопросом при моделировании процессов зарядовой деградации в МДП-системах на основе двуокиси кремния является определение механизма накопления положительного заряда в SiO2, в качестве которого используются: ударная межзонная ионизация в SiO2 с образованием электронно-дырочных пар и захватом дырок на ловушки в окисле; инжекция дырок из анода; ударная ионизация ослабленных связей Si—О и Si—Si; дрейф атомов и ионов водорода и др. Как показали проведенные исследования зарядовой нестабильности МДП-структур, в условиях сильнополевой туннельной инжекции носителей при электрических полях, больших 6,5 МВ/см, необратимая деградация границы раздела, рост плотности поверхностных состояний, заряда в диэлектрике и потеря работоспособности МДП-приборов происходят при плотности инжектированного заряда 5-10~4 ...5- КГ3 Кл/см2. В то же время пробой в сильных электрических полях в условиях инжекции носителей наблюдается при инжекции заряда плотностью КГ'-.ЛО Кл/см . Поэтому наибольший интерес для практического использования явлений инжекции представляет моделирование деградационных процессов при плотности инжектированного заряда < 10~3 Кл/см2. Основным механизмом накопления положительного заряда в SiO2 в этом диапазоне инжектированного заряда является межзонная ударная ионизация [40, 41].

Создание полевых приборов на основе МДП-структур, параметрами которых можно было бы управлять после их изготовления, открывает новые возможности для применения их в микроэлектронике. Одним из перспективных методов управления пороговым напряжением МДП-транзисторов является изменение зарядового состояния подзатворной системы, включающей в себя подзатворный диэлектрик с электронными ловушками, заполнение которых производится с использованием сильнополевой туннельной инжекции.

Сильноточный электронный пучок (СЭП) обладает широким спектром воздействия на структуру материала - от макроуровня (дефекты решетки, дислокации и т.д.) до макроуровня (переплавление тонкого поверхностного слоя.образование черепных конгломератов, кратеров и проч.У Структурно-фазовые изменения в твердых сплавах системы WC-Co, происходящие в результате воздействия сильноточным электронным пучком, имеют в первую очередь термомеханическую природу. Рассмотрим изменение структуры поверхности твердого сплава, облученного СЭП с различной плотностью мощности (рис. 6.14).

Конкретные примеры изменения интенсивности изнашивания твердосплавных режущих инструментов марок Т5К10 и Т15К6, облученных сильноточным электронным пучком, при резании стали 40Х приведены на рис. 7.14 и 7.15.

Использование тонкослойных покрытий при комплексной обработке связано с тем, что образование поверхностных слоев в процессе напыления сопровождается формированием остаточных напряжений. Это неблагоприятно сказывается на прочностных свойствах износостойкого комплекса в условиях циклического нагружения. В случае комплексной ионно-вакуумной модификации с использованием тонкослойных покрытий успешно решается проблема переходного слоя за счет процессов перемешивания, инициируемых воздействием мощного ионного пучка. Кроме того, улучшение адгезии между покрытием стандартной толщины и основой достигается путем предварительного облучения сильноточным электронным пучком на определенных режимах.

В качестве примера приведем технологию поверхностной термической обработки твердосплавного режущего инструмента низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком (НСЭП) [161].

147. Итин В.И , Кашинская И.С., Лыков С.В и др. Механизм упрочнения сталей при циклическом воздействии низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17, вып. 5. С. 89-93.

148. Дудаев Е.Ф., Корниенко Л.А., Лыков С.В. и др. Дислокационная субструктура, сформировавшаяся в результате облучения железа низко-энергетическим сильноточным электронным пучком // Изв. вузов. Физика. 1993. №5. С. 42^7.

160. Каргапольцев А.В. и др. Генерация ультразвуковых колебаний в металлах выведенным в атмосферу сильноточным электронным пучком // Дефектоскопия. 1982. № 6. С. 42^18.

Сильноточный электронный пучок (СЭП) обладает широким спектром воздействия на структуру материала — от микроуровня (дефекты решетки, дислокации и т.д.) до макроуровня (переплавление тонкого поверхностного слоя, образование зеренных конгломератов, кратеров и проч.). Структурно-фазовые изменения в твердых сплавах системы WC—Со, происходящие в результате воздействия сильноточным электронным пучком, имеют в первую очередь термомеханическую природу. Рассмотрим изменение структуры поверхности твердого сплава, облученного СЭП с различной плотностью мощности (рис. 6.14).

Конкретные примеры изменения интенсивности изнашивания твердосплавных режущих инструментов марок Т5К10 и Т15К6, облученных сильноточным электронным пучком, при резании стали 40Х приведены на рис. 7.14 и 7.15.

Использование тонкослойных покрытий при комплексной обработке связано с тем, что образование поверхностных слоев в процессе напыления сопровождается формированием остаточных напряжений. Это неблагоприятно сказывается на прочностных свойствах износостойкого комплекса в условиях циклического нагружения. В случае комплексной ионно-вакуумной модификации с использованием тонкослойных покрытий успешно решается проблема переходного слоя за счет процессов перемешивания, инициируемых воздействием мощного ионного пучка. Кроме того, улучшение адгезии между покрытием стандартной толщины и основой достигается путем предварительного облучения сильноточным электронным пучком на определенных режимах.

В качестве примера приведем технологию поверхностной термической обработки твердосплавного режущего инструмента низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком (НСЭП) [161].